第4章半导体二极管及其应用
电子电路区别于以前所学电路的主要特点是电路中引入各种电子器件。电子器件的类型很多，目前使用得最广泛的是半导体器件——二极管、稳压管、晶体管、绝缘栅场效应管等。由于本课程的任务不是研究这些器件内部的物理过程，而是讨论它们的应用，因此，在简单介绍这些器件的外部特性的基础上，讨论它们的应用电路。
4.1 PN结和半导体二极管
4.1.1 PN结的单向导电性
我们在物理课中已经知道，在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。这是由于形成了有传导电流能力的载流子。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。
在一块半导体基片上通过适当的半导体工艺技术可以形成Ｐ型半导体和Ｎ型半导体的交接面，称为PN结。PN结具有单向导电性：当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN 结变窄,由多子形成的电流可以由Ｐ区向Ｎ区流通，见图4-1 (a),而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,由少子形成的电流极小，视为截止(不导通)，见图4-1 (b)。
4.1.２半导体二极管
半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。二极管的种类很多，按材料来分，最常用的有硅管和锗管
两种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种。
（a ）符号 （b ）点接触型 （c ）面接触型 （d ）硅平面型 （e ）外形示意图
图4-2 常用二极管的符号、结构和外形示意图
图4-2是常用二极管的符号、结构及外形的示意图。二极管的符号如图4-2（a ）所示。箭头表示正向电流的方向。一般在二极管的管壳表面标有这个符号或色点、色圈来表示二极管的极性，左边实心箭头的符号是工程上常用的符号，右边的符号为新规定的符号。
从工艺结构来看，点接触型二极管（一般为锗管）如图4-2(b)其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）如图4-2(c)其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管如图4-2(d)，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。
4.1.3 二极管的伏安特性
二极管的电流与电压的关系曲线I = f （V ），称为二极管的伏安特性。其伏安特性曲线如图4-3所示。二极管的核心是一个PN 结，具有单向导电性，其实际伏安特性与理论伏安特性略有区别。由图4-3可见二极管的伏安特性曲线是非线性的，可分为三部分：正向特性、反向特性和反向击穿特性。
1． 正向特性
当外加正向电压很低时，管子内多数载流子的扩散运动没形成，故正向电流几乎为零。当正向电压超过一定数值时，才有明显的正向电流，这个电压值称为死区电压，通常硅管的死区电压约为0.5V ，锗管的死区电压约为0.2V ，当正向电压大于死区电压后，正向电流迅速增长，曲线接近上升直线，在伏安特性的
这一部分，当电流迅速增加时，二极管的正向压降变化很小，硅管正向压降约为0.6～0.7V ，锗管的正向压降约为0.2～0.3V 。二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，如图4-3所示，这说明，对应同样大小的正向电流，正向压降随温升而减小。研
究表明，温度每升高10C ，正向压降减小2mV。
2. 反向特性
二极管加上反向电压时，形成很小的反向电流，且在一定温度下它的数量基本维持不变，因此，当反向电压在一定范围内增大时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压大小无关，故称为反向饱和电流，一般小功率锗管的反向电流可达几十μA，而小功率硅管的反向电流要小得多，一般在0.1μA以下，当温度升高时，少数载流子数目增加，使反向电流增大，特性曲线下移，研究表明，温度每升高100C ，反向电流近似增大一倍。
3．反向击穿特性
当二极管的外加反向电压大于一定数值（反向击穿电压）时，反向电流突然急剧增加称为二极管反向击穿。反向击穿电压一般在几十伏以上。
4.1.4 二极管的主要参数
二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，参数同样能反映出二极管的电性能,器件的参数是正确选择和使用器件的依据。各种器件的参数由厂家产品手册给出，由于制造工艺方面的原因，既使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册常给出某个参数的范围，半导体二极管的主要参数有以下几个：
１．最大整流电流I DM
I DM指的是二极管长期工作时，允许通过的最大的正向平均电流。在使用时，若电流超
过这个数值，将使ＰＮ结过热而把管子烧坏。
２．反向工作峰值电压V RM
V RM是指管子不被击穿所允许的最大反向电压。一般这个参数是二极管反向击穿电压的一半，若反向电压超过这个数值，管子将会有击穿的危险。
３．反向峰值电流I RM
I RM是指二极管加反向电压V RM时的反向电流值，I RM越小二极管的单向导电性愈好。I RM 受温度影响很大，使用时要加以注意。硅管的反向电流较小，一般在几微安以下，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
４．最高工作频率?M
二极管在外加高频交流电压时，由于ＰＮ结的电容效应，单向导电作用退化。?M指的是二极管单向导电作用开始明显退化的交流信号的频率。
4.1.5 二极管的等效电路及其应用
由于二极管的伏安特性是非线性的，为了分析计算方Array便，在特定的条件下，我们可以将其线性化处理，视为理
想元件。
1．理想二极管等效电路
在电路中，若二极管导通时的正向压降远小于和它串联
元件的电压，二极管截止时反向电流远小于与之并联元件
的电流，那么可以忽略管子的正向压降和反向电流把二极管理想化为一个开关，当外加正向
电压时，二极管导通，正向压降为０，相当于开关闭合，当外加反向电压时，二极管截止，反向电流为０，相当于开关断开，理想二极管的等效电路如图4-4。利用理想二极管表示实际二极管进行电路的分析和计算可以得出比较满意的结果，但稍有一些误差。
2．二极管应用电路举例
二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。
下面介绍几种应用电路。
(1) 限幅电路：限幅器的功能就是限制输出电压的幅度。 例4-1 图4-5（a ）就是利用二极管作为正向限幅器的电路图。已知v i = V m sin ωt ，且V m >V S ，试分析工作原理，并作出输出电压v o 的波形。 解：a) 二极管导通的条件是v i ＞V S ，由于D 为理想二极
管，D 一旦导通，管压降为零，此时v o ＝ V S
b ） 当v i ≤V S 时，二极管截止，该支路断开，R 中无电流，其压降为０。 所以v o ＝v i
c) 根据以上分析，可作出v o 的波形，如图4-5（b ）所示，
由图可见，输出电压的正向幅度被限制在V S 值。
注意：作图时，v o 和v i 的波形在时间轴上要对应，这样才能正确反映v o 的变化过程。
(2) 二极管门电路
门电路是一种逻辑电路，在输入信号（条件）和输出信号（结果）之间存在着一定的因果关系即逻辑关系。在逻辑电路中，通常用符号0和1来表示两种对立的逻辑状态。用1表示高电平，用0表示低电平，称为正逻辑，反之为负逻辑。
基本的逻辑关系有三种：与逻辑、或逻辑、非逻辑。与此相对应的门电路就有与门、或门、非门。由这三种基本门电路可以组成其他多种复合门电路。
例4-2 图 4-6所示为最简单的与门电路及逻辑图符号。它是由二极管D 1、D 2和电阻R 及电源V CC 组成。图中A 、B 为两个输入端，F 为输出端。设V CC =5V ，A 、B 输入端的高电平（逻辑1）为3V ，低电平（逻辑0）为0V ， 并忽略二极管D 1、D 2的正向导通压降。试分析电路的输入与输出之间的关系。
解：（1）当输入端A 、B 均为低电平0时，即V A = V B = 0V 时，二极管D 1、D 2均为正向偏置而导通，使输出端F 的电压V F = 0V ，即输出端F 为低电平0。
（2）当输入端A 为低电平0，B 为高电平1，即V A = 0V ，V B = 3V 时，D 1阴极电位低于
D2阴极电位，D1导通，使V F =0V，因而D2为反向偏置而截止，输出端F为低电平0。
（3）当输入端A为高电平1，B为低电平0，即V A = 3V，V B =0V时，D1、D2的工作情况与（2）相反，输出端F仍为低电平0。
（4）当输入端A、B均为高电平1时，即V A =V B =3V时，D1、D2均为正向偏置而导通，使输出端F的电压V F =3V，即输出端F为高电平1。
从上述分析可知，只有当所有输入端都是高电平1时，输出端才是高电平1，否则输出端均为低电平0。这种“只有当决定一事件结果的所有条件都满足时，结果才发生”的逻辑关系称为与（And）逻辑，与门电路满足与逻辑关系。与逻辑也称为逻辑乘、与运算。通常用符号“·”表示，设A、B、F分别为逻辑变量，则与运算的表达式可写成以下形式：
F＝A·B或F＝AB
上式读作F等于A与B。逻辑与的含义是：只有输入变量A、B都为1 时，输出变量F才为1；只要A、B中有一个为0，F便为0。换言之，也就是“有0出0，全1出1”。这一结
论也适合于有多个变量参加的与运算。
表4-1列出了图4-6所示电路输入与输出逻辑电平的关系。但在逻辑电路分析中，通常用逻辑0、1来描述输入与输出之间的关系，所列出的表称为真值表（即逻辑状态表）。上述与门的真值表如表4-2所示。
另外，图4-7给出了或门电路及逻辑图符号。它也是由二极管和电阻组成的。图中A、B 是两个输入端，F是输出端。设A、B输入端的高电平（逻辑1）为3V，低电平（逻辑0）为0V，并忽略二极管D1、D2的正向导通压降。通过分析（详细过程读者可以自己分析）可知，只要A 、B当中有一个是高电平（逻辑1）输出就是高电平（逻辑1）。只有当A、B同时为低电平（逻辑0）时，输出才是低电平（逻辑0）。这种“在决定一事件结果的所有条件中，只要有一个或一个以上满足时结果就发生”的逻辑关系称或（Or）逻辑。或门电路满足或逻辑关系。
或逻辑也称为逻辑加、或运算。通常用符号“＋”来表示，设A、B、F分别为逻辑变量，则或运算的表达式可写成以下形式：
F＝A＋B
上式读作F等于A或B。逻辑或的含义是：只有输入变量A、B中有一个或一个以上为1，输出变量F就为1；反之，只有A、B全为0时，F才为0。换言之，也就是“有1出1，全0出0”。这一结论也适合于有多个变量参加的或运算。
表4-3列出了图4-7所示电路输入与输出逻辑电平的关系。表4-4为上述或门的真值表。
4.2 特殊二极管
除了上述普通二极管外，还有一些特殊二极管，如稳压二极管、光电二极管、发光二极管等，分别介绍如下。
4.2.1 稳压管
稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，具有稳定电压的作用。图4-8（a ）为稳压管在电路中的正确联接方法；图（b ）和图（c ）为稳压管的伏安特性及图形符号。稳压管与普通二极管的主要区别在于，稳压管是工作在PN 结的反向击穿状态。通过在制造过程中的工艺措施和使用时限制反向电流的大小，能保证稳压管在反向击穿状态下不会因过热而损坏。从稳压管的反向特性曲线可以看出，当反向电压较小时，反向电流几乎为零，当反向电压增高到击穿电压V z （也是稳压管的工作电压）时，反向电流I z （稳压管的工作电流）会急剧增加，稳压管反向击穿。在特性曲线ab 段，当I z 在较大范围内变化时，稳压管两端电压V z 基本不变，具有恒压特性，利用这一特性可以起到稳定电压的作用。
(a) (b) (C)
图4-8 稳压管电路、伏安特性及符号
稳压管与一般二极管不一样，它的反向击穿是可逆的，只要不超过稳压管的允许值，PN 结就不会过热损坏，当外加反向电压去除后，稳压管恢复原性能，所以稳压管具有良好的重复击穿特性。
稳压管的主要参数有：
1．稳定电压V Z 。稳定电压V Z 指稳压管正常工作时，管子两端的电压，由于制造工艺的原因，稳压值也有一定的分散性，如2CW14型稳压值为6.0～7.5V 。
2．动态电阻r z 。动态电阻是指稳压管在正常工作范围内，端电压的变化量与相应电流的变化量的比值。
z
z
z I V r ??=
(4–1) 稳压管的反向特性愈陡，r Z 愈小，稳压性能就愈好。
3. 稳定电流I Z 。稳压管正常工作时的参考电流值，只有I ≥I Z ，才能保证稳压管有较好的稳压性能。
4．最大稳定电流I Zmax 。允许通过的最大反向电流，I > I Zmax 管子会因过热而损坏。
5. 最大允许功耗P ZM 。管子不致发生热击穿的最大功率损耗P ZM =V Z I Zmax
6.电压温度系数αV 。温度变化10
C 时，稳定电压变化的百分数定义为电压温度系数。电压温度系数越小，温度稳定性越好，通常硅稳压管在V Z 低于4V 时具有负温度系数,高于6V 时具有正温度系数, V Z 在4～6V 之间，温度系数很小。
稳压管正常工作的条件有两条，一是工作在反向击穿状态,二是稳压管中的电流要在稳定电流和最大允许电流之间。当稳压管正偏时，它相当于一个普通二极管。图4-8（a ）为最常用的稳压电路，当V i 或R L 变化时，稳压管中的电流发生变化，但在一定范围内其端电压变化很小，因此起到稳定输出电压的作用。（该电路分析见4.4节）
4.2.2 光电二极管
光电二极管又称光敏二极管。它的管壳上备有一个玻璃窗口，以便于接受光照。其特点是，当光线照射于它的PN
结时，可以成对地产生自由电子和空穴，使半导体中少数载
流子的浓度提高。这些载流子在一定的反向偏置电压作用下可以产生漂移电流，使反向电流增加。因此它的反向电流随
光照强度的增加而线性增加，这时光电二极管等效于一个恒
流源。当无光照时，光电二极管的伏安特性与普通二极管一样。光电二极管的等效电路如图4-9（a ）所示，图4-9（b ）为光电二极管的符号。
光电二极管的主要参数有：
1． 暗电流：无光照时的反向饱和电流。一般<1μA 。
2． 光电流：指在额定照度下的反向电流，一般为几十毫安。
3． 灵敏度：指在给定波长（如0.9μm ）的单位光功率时，光电二极管产生的光电流。一般≥0.5μA/μW 。
4． 峰值波长：使光电二极管具有最高响应灵敏度（光电流最大）的光波长。一般光电二极管的峰值波长在可见光和红外线范围内。
5． 响应时间：指加定量光照后，光电流达到稳定值的63%所需要的时间，一般为10-7
S 。 光电二极管作为光控元件可用于各种物体检测、光电控制、自动报警等方面。当制成大面积的光电二极管时，可当作一种能源而称为光电池。此时它不需要外加电源，能够直接把光能变成电能。
4.2.3 发光二极管
发光二极管是一种将电能直接转换成光能的半导体固体显示器件，简称LED （Light Emitting Diode ）。和普通二极管相似，发光二极管也是由一个PN 结构成。发光二极管的PN 结封装在透明塑料壳内，外形有方形、矩形和
圆形等。发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动
和冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛用于
信号指示等电路中。在电子技术中常用的数码管，就是用发光二极管
按一定的排列组成的。
发光二极管的原理与光电二极管相反。当这种管子正向偏置通过电流时会发出光来，这是由于电子与空穴直接复合时放出能量的结果。它的光谱范围比较窄，其波长由所使用的基本材料而定。不同半导体材料制造的发光二极管发出不同颜色的光，如磷砷化镓（GaAsP）材料发红光或黄光，磷化镓（GaP）材料发红光或绿光，氮化镓（GaN）材料发蓝光，碳化硅（SiC）材料发黄光，砷化镓（GaAs）材料发不可见的红外线。
发光二极管的符号如图4-10所示。它的伏安特性和普通二极管相似，死区电压为0.9~1.1V，其正向工作电压为1.5~2.5V,工作电流为5~15mA。反向击穿电压较低，一般小于10V。
4.3 二极管整流及滤波电路
电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以用图4-11表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。
交流电源电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载
图4-11直流稳压电源结构图和稳压过程
电源变压器是将交流电网电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
4.3.1 单相整流电路
整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。
下面分析整流电路时，为简单起见。把二极管当作理想元件来处理。即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。
1．单相半波整流电路
图4-12（a）为单相半波整流时的电路，图中变压器副边电压v2=2V2sinωt，下面
将D 看作理想元件,分析电路的工作原理。
当v 2为正半周时，a 点电位高于b 点，D 处于正向导通状态，所以：
L
o
o D 2o R v i i v v =
==， 当v 2为负半周时，a 点位低于b 点，D 处于反向截止状态，所以：i D ＝i o ＝０，v o ＝i o R L ＝０，v D ＝v 2 。
根据以上分析，作出v D 、i D 、、v o 、i o 的波形，
如图4-12（b ） 可见输出为单向脉动电压，通常负载上的电压用一个周期的平均值来说明它的大小，单相半波整流输出平均电压为
2220
o 45.02
sin 221V V t td V V ==
=
?
π
ωωπ
π
(4-2)
平均电流为L
2
o 45.0R V I =
(4-3) 单相半波整流电路中二极管的平均电流就是整流输出的电流，即
I D ＝I o （4-4）
二极管截止时承受的最大反向电压可从图4-12(b)看出。在v 2负半周时， D 所承受到的最大反向电压为v 2的最大值，即
DRM V = 22V (4-5) 2．单相桥式整流电路
电路如图4-13（a ）所示，图中Tr 为电源变压器，它的作用是将交流电网电压.v 1变成
整流电路要求的交流电压v 2=2V 2sin t ω，L R 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D 1~ D 4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图4-13（b ）是它的简化画法。
在电源电压v 2的正、负半周(设a 端为正，b 端为负时是正半周)内电流通路分别用图4-13（a ）中实线和虚线箭头表示。负载L R 上的电压v o 的波形如图4-14所示。电流o i 的波形与v
o
v 1
的波形相同。显然，它们都是单方向的全波脉动波形。 单相桥式整流电压的平均值为
2220
o 9.02
2sin 21
V V t td V V ==
=
?
π
ωωπ
π
(4-6)
直流电流为 L
2
o 9.0R V I =
（4-7） 在桥式整流电路中，二极管D 1、D 3和 D 2、D 4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为
D I = 2
1
L I = L 245.0R V (4-8)
二极管在截止时管子承受的最大反向电压可从图4-13(a)看出。在v 2正半周时，D 1、D 3导通， D 2、
D 4截止。此时D 2、D 4所承受到的最大反向电压均为v 2的最大值，即
DRM V = 22V (4-9) 同理，在v 2的负半周D 1、D 3也承受同样大小的反向电压。
桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。电路的缺点是二极管用的较多。
表4-5给出了常见的几种整流电路的电路图、整流电压的波形，及计算公式。
图4-14 单相桥式整流电路波形图 i v v
4.3.2 滤波电路
整流电路虽将交流电变为直流，但输出的却是脉动电压。这种大小变动的脉动电压，除了含有直流分量外，还含有不同频率的交流分量，这就远不能满足大多数电子设备对电源的要求。为了改善整流电压的脉动程度，提高其平滑性，在整流电路中都要加滤波器。下面介绍几种常用的滤波电路。
1．电容滤波电路
电容滤波电路是最简单的滤波器它是在整流电路的输出端与负载并联一个电容C 而组成。如图4-15（a ）所示。
电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。图4-15（b ）的波形图中虚线波形为半波整流的波形。并入电容C 后，在v 2>0时，D 导通，电源在向R L 供电的同时，又向C 充电储能，由于充电时间常数很小（绕组电阻和二极管的正向电阻都很小），充电很快，输出电压v o 随v 2上升，当v C =22V 后，v 2开始下降v 2 D 反偏截止，由电容C 向R L 放电，由于放电时间常数较大，放电较慢，输出电压v o 随v C 按指数规律缓慢下降，如图中的ab 实线段。放电过程一直持续到下一个v 2的正半波，当v 2> v C 时C 又被充电v o = v 2又上升。直到v 2 22V = 1.4 2V ，在波形图中由水平虚线标出。 当R L ≠ ∞时，由于电容C 向R L 放电，输出电压V o 将随之降低。总之，R L 愈小，输出平均电压愈低。因此，电容滤波只适合在小电流，且变动不大的电子设备中使用。通常，输出平均电压可按下述工程估算取值 （全波）半波） 2 o 2o 2.1(V V V V == （4-10） 为了达到式（4-10）的取值关系，获得比较平直的输出电压，一般要求5(≥L R ～)10C ω1， 即 3(L ≥C R ～) 5T 1 （4-11） 式中T 电源交流电压的周期。 此外，由于二极管的导通时间短（导通角小于1800），而电容的平均电流为零，可见二极管导通时的平均电流和负载的平均电流相等，因此二极管的电流峰值必然较大，产生电流冲击，容易使管子损坏。 具有电容滤波的整流电路中的二极管，其最高反向工作电压对半波和全波整流电路来说是不相等的。在半波整流电路中，要考虑到最严重的情况是输出端开路，电容器上充有V 2m ，而v 2处在负半周的幅值时，这时二极管承受了22V 2的反向工作电压。它与无滤波电容时相比，增大了一倍。 对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是2V 2。 关于滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。一般在几十微法到几千微法，电容器耐压值应大于输出电压的最大值。通常采用极性电容器。 例4-3 需要一单相桥式整流电容滤波电路，电路如图4-16所示。交流电源频率50=f Hz ，负载电阻R L =120Ω，要求直流电压V o =30V 试选择整流元件及滤波电容。 解：（1）选择整流二极管 ①流过二极管的平均电流 125120 30212121L o D =?=== R V I I o mA 由V O = 1.2V 2，所以交流电压有效值 V 252 .130 2.1o 2=== V V 可以选用DRM RM D RM V V I I ≥≥，的二极管4个。 ②二极管承受的最高反向工作电压 V 3525222D RM =?==V V （2）选择滤波电容C 取2 5L T C R ?= ，而S 02.050 11===f T ，所以 F 4172 02.051201251L μT R C =??=??= 可以选用C = 500μF ，耐压值为50V 的电解电容器。 2．电感滤波电路 在桥式整流电路和负载电阻L R 间串入一个电感器L ，如图4-17所示。利用电感的储能作 用可以减小输出电压的纹波，从而得到比较平滑的直流。当忽略电感器L 的电阻时，负载上 输出的平均电压和纯电阻(不加电感)负载相同，即 o V = 0.92V (4-12) 电感滤波的特点是，整流管的导电角较大(电感 L 的反电势使整流管导电角增大)，峰值电流很小， 输出特性比较平坦。其缺点是由于铁芯的存在，笨 重、体积大，易引起电磁干扰。一般只适用于大电流的场合。 3．复式滤波器 在滤波电容C 之前一个电感L 构成了LC 滤波电路。如图4-18（a ）所示。这样可使输出至负载R L 上的电压的交流成分进一步降低。该电路适用于高频或负载电流较大并要求脉动很小的电子设备中。 为了进一步提高整流输出电压的平滑性，可以在LC 滤波电路之前再并联一个滤波电容C 1，如图4-18（b ）所示。这就构成了πLC 滤波电路。 （a ）LC 型滤波器 （b ）πLC 滤波器 （c ）πRC 型滤波器 图 4-17 复式滤波电路 由于带有铁芯的电感线圈体积大，价也高，因此常用电阻R 来代替电感L 构成πRC 滤波电路，如图4-18（c ）所示。只要适当选择R 和C 2参数，在负载两端可以获得脉动极小的直流电压。在小功率电子设备中被广泛采用。 4.4 稳压管稳压电路 经过整流和滤波后的电压往往会随交流电源的波动和负载的变化而变化。电压的不稳定有时会产生测量和计算的误差，引起控制装置的工作不稳定，甚至根本无法正常工作。特别是精密电子测量仪器、自动控制、计算装置及晶闸管的触发电路等都要求有很稳定的直流电 源供电。最简单的直流稳压电源是采用稳压管来稳定电压的。 图4-19是一种稳压管稳压电路，经过桥式整流电路和电容滤波器滤波得到直流电压V i ，再经过限流电阻R 和稳压管D Z 组成的稳压电路接到负载电阻R L 上。这样，负载上得到的就是一个比较稳定的电压。 R L 引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化。下面分析在这两种情况下稳压电路的作用。例如，当交流电源电压增加而使整流输出电压V i 随着增加时，负载电压V o 也要增加。V o 即为稳压管两端的反向电压。当负载电压V o 稍有增加时，稳压管的电流I Z 就显著增加，因此电阻R 上的压降增加，以抵偿V i 的增加，从而使负载电压V o 保持近似不变。相反，如果交流电源电压减低而使V i 减低时，负载电压V o 也要减低，因而稳压管的电流I z 就显著减小，电阻R 上的压降也减小，仍然保持负载电压V o 保持近似不变。同理，如果当电源电压保持不变而是负载电流变化引起负载电压V o 改变时，上述稳压电路仍能起到稳压的作用。例如，当负载电流增大时，电阻R 上的压降也增大，负载电压V o 因而下降。只要V o 下降一点，稳压管电流就显著减小，通过电阻R 的电流和电阻上的压降保持近似不变，因此负载电压V o 也就近似稳定不变。当负载电流减小时，稳压过程相反。 选择稳压管时，一般取： o max o max o )3~2()3~5.1(V V I I V V i Z Z ===?? ? ?? （4-13） 例4-4 有一稳压管稳压电路，如图4-19所示。负载电阻R L 由开路变到3K Ω，交流电压经整流滤波后得出V i = 45（V ）。今要求输出直流电压V O = 15（V ），试选择稳压管D Z 。 解：根据输出直流电压V O = 15（V ）的要求，由式(4-13)稳定电压 )V (15o Z ==V V 由输出电压V O = 15（v ）及最小负载电阻R L = 3K Ω的要求,负载电流最大值 mA 53 15 L o max o === R V I 由式(4-13)计算 153max o max Z ==I I mA 查半导体器件手册，选择稳压管2CW20，其稳定电压V Z = (13.5～17) (V)，稳定电流5Z =I mA ，15max Z =I mA 。 例4-5 图4-20所示电路中，已知V Z =12V, I Zmax =18mA ，I Z =5mA ,负载电阻R L =2K Ω， 当输入电压由正常值发生±20%的波动时，要求负载两端电压基本不变，试确定输入电压V i 的正常值和限流电阻R 的数值。 解: 负载两端电压V L 就是稳压管的端电压V Z ，当V i 发生波动时，必然使限流电阻R 上的压降和V Z 发生变动，引起稳压 管电流的变化，只要在I Zmax ～I Z 范围内变动，可以认为V Z 即 V L 基本上未变动，这就是稳压管的稳压作用。 a ） 当V i 向上波动20%，即10.2V i 时,认为I Z = I Zmax , =18mA 因此有： L z L max Z 18R V I I I +=+= 242 12 18=+ = mA 由KVL 得： 1210242.13L +??=+=-R V IR V i b ） 当V i 向下波动20%,即0.8V i 时，认为 I Z = 5 mA 因此有: 112 12 55L z L z =+=+ =+=R V I I I mA 由KVL 得： 1210118.03L +??=+=-R V IR V i 联立方程组可得: V i =26V , R =800Ω 习 题 1. 概念题 4-1 （1）什么是P 型半导体？什么是N 型半导体？ （2）什么是PN 结？其主要特性是什么？ （3）如何使用万用表欧姆档判别二极管的好坏与极性？ （4）为什么二极管的反向电流与外加反向电压基本无关，而当环境温度升高时会明显增大？ （5）把一节1.5V 的电池直接到二极管的两端，会发生什么情况？ 4-2 二极管电路如题4-2图所示，D 1、D 2为理想二极管，判断图中的二极管是导通还是截止，并求 AO 两端的电压V AO 。 题 4-2 图 4-3 在题4-3图所示电路中，已知E =6V ，v i = 12sin ωt V ，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画 出输出电压v o 的波形 4-4 电路如题4-4图所示。试分析当输入电压V S 为3V 时，哪些二极管导通？当输入电压V S 为0V 时，哪些二极管导通？（写出分析过程，并设二极管的正向压降为0.7V ） 4-5 试判断题4-5图中二极管是导通还是截止？为什么？（D 为理想二极管） 题4-4图 题4-5图 4-6 题图4-6所示电路，已知输入电压v i 的波形，试画出输出电压v o 的波形。 题 4-6图 4-7 （1）为什么稳压管的动态电阻愈小，则稳压愈好？ （2）利用稳压管或二极管的正向导通区是否也可以稳压？ （3）用两个稳压值相等的稳压管反向串联起来使用可获得较好的温度稳定性，这是为什么？ 4-8 在题4-8图所示电路中，已知稳压管的稳定电压V Z =6V ，v i = 12sin ωt V ，二极管的正向压降可 忽略不计，试分别画出输出电压v o 的波形。并说出稳压管在电路中所起的作用。 题 4-8图 题 4-9 4-9 题4-9图所示电路中，V i = 30V ，R =1K Ω，R L =2K Ω，稳压管的稳定电压为V Z =10V ，稳定电流 的范围：I Zmax = 20mA ，I Zmin =5mA ，试分析当V i 波动±10%时，电路能否正常工作？如果V i 波动 ±30%，电路能否正常工作？ 4-10 题4-10图所示电路中，稳压管D Z1的稳定电压为8V ，D Z2的稳定电压为10V ，正向压降均为0.7V ， 试求图中输出电压v o 。 题 4-10 4-11 有两个2CW15型稳压管，其稳定电压分别是8V 和5.5V ，正向压降均为0.7V ，如果把两个稳压 管进行适当的连接，试问可能得到几种不同的稳压值，并画出相应的电路加以表示。 4-12 （1）设一半波整流电路和一桥式整流电路的输出电压平均值和所带负载大小完全相同，均不加滤 波，试问两个整流电路中整流二极管的电流平均值和最高反向电压是否相同？ （2）单相桥式整流电路中，若某一整流管发生开路，短路，或反接三种情况，电路中将会发生 什么问题？ （3）在某一特殊场合，将单相桥式整流电路，不经变压器直接接入交流电源，试问：若负载R L 一端接“地”，结果如何？ （4）电容滤波和电感滤波电路的特性有什么区别？各适用于什么场合？ 4-13 电路如题4-13图所示。试标出输出电压v o1、v o2的极性，画出输出电压的波形。并求出V o1、V o2 的平均值。（设） （；πωω-==t V v t V v sin 2sin 2222221。） 题4-13图 4-14 题4-14图所示的单相桥式整流、电容滤波电路。用交流电压表测得变压器副边电压V 2 = 20V 。 现在用直流电压表测量R L 两端的电压V o ，如果出现下列几种情况时，试分析哪些是合理的？ v 1 哪些表明出了故障？并指出原因。 （1）V o = 28V ；（2）V o = 24V ；（3）V o = 18V ；（4）V o = 9V ； 题4-14图 2．计算与仿真题 4-15 题4-15图所示半波整流、电容滤波电路。试用EDA 软件的瞬态分析，分析输出波形。 题4-15图 题4-16图 4-16 变压器副边有中心抽头的全波整流电路如题4-16图所示。副边电源电压为 t V v v ωsin 22b 2a 2=-=， 假定忽略管子的正向压降和变压器内阻；（1）试画出a 2v 、b 2v 、1D i 、2D i 、L i 、L v 及二极 管承受的反向电压R v 的波形；（2）已知2V (有效值)，求L V 、L I (均为平均值)；（3）计算整流 二极管的平均电流D I ，最大反向电压RM V ；（4）若已知L V =30V ，L I =80mA ，试计算a 2V 、b 2V 的值，并选择整流二极管。 4-17 试估算一桥式整流电容滤波电路。已知交流电源电压1V =220V ，50Hz, L R =50Ω,要求输出直流电 压为24V ，纹波较小。（1）选择整流管的型号；（2）选择滤波电容器(容量和耐压)； 4-18 有一稳压管稳压电路，题图4-.4.1所示。负载电阻R L 由开路变到1K Ω，交流电压经整流滤波后得 出V i = 25（V ）。今要求输出直流电压V O = 10（V ），试选择稳压管D Z 。 L R L T r v 1 二极管 一、二极管的种类 二极管有多种类型：按材料分，有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按制作工艺可分为面接触二极管和点接触二极管；按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等；接构类型来分，又可分为半导体结型二极管，金属半导体接触二极管等；按照封装形式则可分为常规封装二极管、特殊封装二极管等。下面以用途为例，介绍不同种类二极管的特性。 1．整流二极管 整流二极管的作用是将交流电源整流成脉动直流电，它是利用二极管的单向导电特性工作的。 因为整流二极管正向工作电流较大，工艺上多采用面接触结构。南于这种结构的二极管结电容较大，因此整流二极管工作频率一般小于3kHz。 整流二极管主要有全密封金属结构封装和塑料封装两种封装形式。通常情况下额定正向T作电流LF在l A以上的整流二极管采用金属壳封装，以利于散热；额定正向工作电流在lA以下的采用全塑料封装。另外，由于T艺技术的不断提高，也有不少较大功率的整流二极管采用塑料封装，在使用中应予以区别。 由于整流电路通常为桥式整流电路(如图1所示)，故一些生产厂家将4个整流二极管封 装在一起，这种冗件通常称为整流桥或者整流全桥(简称全桥)。常见整流二极管的外形如图2所示。 选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。 普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管(例如l N 系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。 开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、 半导体二极管及其应用电路 1．半导体的特性 自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。它具有热敏性、光敏性（当守外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化）和掺杂性(往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显变化)。利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同性能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。 2．半导体的共价键结构 在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。 当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这个空位称为空穴, 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。 由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上。为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等, 符号相反。由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子——电子。本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度时影响半导体性能的一个重要的外部因素。 第1章半导体二极管及其应用 本章要点 ●半导体基础知识 ●PN结单向导电性 ●半导体二极管结构、符号、伏安特性及应用 ●特殊二极管 本章难点 ●半导体二极管伏安特性 ●半导体二极管应用 半导体器件是近代电子学的重要组成部分。只有掌握了半导体器件的结构、性能、工作原理和特点，才能正确地选择和合理使用半导体器件。半导体器件具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性强等优点，在各个领域中得到了广泛的应用。半导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，而PN结又是组成二极管和三极管及各种电子器件的基础。本章首先介绍有关半导体的基础知识，然后将重点介绍二极管的结构、工作原理、特性曲线、主要参数以及应用电路等，为后面各章的学习打下基础。 1.1 PN结 1.1.1 半导体基础知识 1. 半导体特性 自然界中的各种物质，按其导电能力划分为：导体、绝缘体、半导体。导电能力介于导体与绝缘体之间的，称之为半导体。导体如金、银、铜、铝等；绝缘体如橡胶、塑料、云母、陶瓷等；典型的半导体材料则有硅、锗、硒及某些金属氧化物、硫化物等，其中，用来制造半导体器件最多的材料是硅和锗。 半导体之所以用来制造半导体器件，并不在于其导电能力介于导体与绝缘体之间，而在于其独特的导电性能，主要表现在以下几个方面。 (1) 热敏性：导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。利用热敏性可制成热敏元件。 (2) 光敏性：导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。 (3) 掺杂性：导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。这里所说的“杂质”，是指某些特定的纯净的其他元素。在纯净半导体中，只要掺入极微量的杂质，导电能力就急剧增加。一个典型的数据是：如在纯净硅中，掺入百万分之 第1章半导体二极管及其基本电路 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表第1章教学内容与要求 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1) N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性 1．PN结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半 导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U ??U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的 正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种： 第1章半导体二极管及其基本电路 1.1 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表1.1所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表1.1 第1章教学内容与要求 1.2 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1) N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性 1．PN结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半 导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U >>U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的 正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~2.5）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种： 二极管 一、二极管得种类 二极管有多种类型:按材料分,有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等;按制作工艺可分为面接触二极管与点接触二极管;按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等;接构类型来分,又可分为半导体结型二极管,金属半导体接触二极管等;按照封装形式则可分为常规封装二极管、特殊封装二极管等、下面以用途为例,介绍不同种类二极管得特性。 １.整流二极管 整流二极管得作用就是将交流电源整流成脉动直流电,它就是利用二极管得单向导电特性工作得。 因为整流二极管正向工作电流较大,工艺上多采用面接触结构。南于这种结构得二极管结电容较大, 因此整流二极管工作频率一般小于3kHｚ。 整流二极管主要有全密封金属结构封装与塑料封装两种封装形式、通常情况下额定正向T作电流ＬF在l A以上得整流二极管采用金属壳封装,以利于散热;额定正向工作电流在lA 以下得采用全塑料封装、另外,由于Ｔ艺技术得不断提高,也有不少较大功率得整流二极管采用塑料封装,在使用中应予以区别。 由于整流电路通常为桥式整流电路(如图1所示),故一些生产厂家将4个整流二极管封 装在一起,这种冗件通常称为整流桥或者整流全桥(简称全桥)。常见整流二极管得外形如图2所示。 选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。 普通串联稳压电源电路中使用得整流二极管,对截止频率得反向恢复时间要求不高,只要根据电路得要求选择最大整流电流与最大反向工作电流符合要求得整流二极管(例如l N系列、2ＣＺ系列、RLＲ系列等)即可。 开关稳压电源得整流电路及脉冲整流电路中使用得整流二极管,应选用工作频率较高、 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平 面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固 地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流” 电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1、正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电 压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。 2、反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当 二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 1、额定正向工作电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。 2、最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工 第一章二极管及其应用 教学重点 1．了解二极管的伏安特性和主要参数。 2．了解硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等各种二极管的外形特征、功能和应用。 3．能用万用表检测二极管。 4．掌握单相半波、桥式全波整流电路的组成、性能特点和电路估算。 5．了解电容滤波电路的工作原理和估算。 教学难点 1．PN结的单向导电特性。 2．整流电路和滤波电路的工作原理。 学时分配 1.1 二极管 1.1.1 半导体的奇妙特性 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅、锗等，其导电能力受多种因素影响。 热敏特性——温度升高，导电能力明显增强。 光敏特性——光照越强，导电性能越好。 掺杂特性——掺入杂质后会改善导电性。 1.1.2 二极管结构与电路图形符号 通过实物认识各类二极管 动画：PN 结的形成 1.1.3 二极管的单向导电特性 做一做：二极管的单向导电特性 1．二极管的单向导电特性 （1）加正向电压二极管导通 （2）加反向电压二极管截止 2．二极管特性曲线 二极管两端的电压、电流变化的关系曲线，即二极管的伏安特性曲线。 演示实验：利用晶体管特性图示仪测出二极管伏安特性曲线 （1）正向特性 正向电压较小，这个区域常称为正向特性的“死区”。一般硅二极管的“死区”电压约为0.5V ，锗二极管约为0.2V 。 正向电压超过“死区”电压后，电流随电压按指数规律增长。此时，两端电压降基本保持 正极＋ VD 正极＋ 负极 － 不变，硅二极管约为0.7V ，锗二极管约为0.3V 。 （2）反向特性 二极管加反向电压，此时流过二极管的反向电流称为漏电流。 当加到二极管两端的反向电压超过某一规定数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿现象，该反向电压称为反向击穿电压，用U （BR ）表示。 实际应用时，普通二极管应避免工作在击穿范围，否则会因电流过大而损坏管子失去单向导电性。 1.1.4二极管的使用常识 1．二极管的型号 国产二极管的型号命名规定由五部分组成（部分二极管无第五部分），国外产品依各国标准而确定。 2．二极管的主要参数 （1）最大整流电流I FM （2）反向饱和电流I R （3）最高反向工作电压U RM （4）最高工作频率f M 例：利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可以构成限幅（削波）电路来限制输出电压的幅度。图（a ）所示为一单向限幅电路。 设输入电压u i =10sin ωt （V ），U s =5V ，为简化分析，常将二极管理想化，即二极管导通 时，两端电压降很小，可视为短路，相当于开关闭合，；二极管反向截止时，反向电流很小，相当于开关断开，如图所示。 （a ） 单向限幅电路 （b ） 波形 u i /V －u o /V －S S 相当于开关闭合 相当于开关断开 二极管的应用与作用 二极管，（英语：Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。 早期的真空电子二极管；它是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。 早期的二极管包含“猫须晶体（"Cat's Whisker" Crystals）”以及真空管(英国称为“热游离阀（Thermionic Valves）”)。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。 二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。很久以前，人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播，这种矿石后来就被做成了晶体二极管。 二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。我们用万用表来对常见的1N4001型硅整流二极管进行测量，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极时，表针会动，说明它能够导电；然后将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，这时万用表的表针根本不动或者只偏转一点点，说明导电不良。（万用表里面，黑表笔接的是内部电池的正极 利用二极管单向导电的特性，常用二极管作整流器，把交流电变为直流电，即只让交流电的正半周（或负半周）通过，再用电容器滤波形成平滑的直流。事实上好多电器的电源部分都是这样的。二极管也用来做检波器，把高频信号中的有用信号“检出来”，老式收音机中会有一个“检波二极管”，一般用2AP9型锗管。 二极管的类型也有好几种，对于电子制作来说，常常用到以下的二极管：用于稳压的稳压二极管，用于数字电路的开关二极管，用于调谐的变容二极管，以及光电二极管等，最常看见的是发光二极管。整流二极管和检波二极管 发光二极管在日常生活电器中无处不在，它能够发光，有红色、绿色和黄色等，有直径3mm、5mm和2×5mm长方型的的。与普通二极管一样，发光二极管也是由半导体材料制成的，也 一、二极管的种类 二极管有多种类型：按材料分，有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按制作工艺可分为面接触二极管和点接触二极管；按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等；接构类型来分，又可分为半导体结型二极管，金属半导体接触二极管等；按照封装形式则可分为常规封装二极管、特殊封装二极管等。下面以用途为例，介绍不同种类二极管的特性。 1．整流二极管 整流二极管的作用是将交流电源整流成脉动直流电，它是利用二极管的单向导电特性工作的。 因为整流二极管正向工作电流较大，工艺上多采用面接触结构。南于这种结构的二极管结电容较大，因此整流二极管工作频率一般小于3kHz。 整流二极管主要有全密封金属结构封装和塑料封装两种封装形式。通常情况下额定正向T作电流LF在l A以上的整流二极管采用金属壳封装，以利于散热；额定正向工作电流在lA以下的采用全塑料封装。另外，由于T艺技术的不断提高，也有不少较大功率的整流二极管采用塑料封装，在使用中应予以区别。 由于整流电路通常为桥式整流电路(如图1所示)，故一些生产厂家将4个整流二极管封 万联芯城原装进口二极管全国现货供应，专为终端服务。万联芯城电子元器件产品类别囊括IC集成电路，电阻电容，二极管，三极管等多种主动，被动类电子元器件，价格优势明显，提供物料清单即可快速报价，当天可以发货，为客户解决物料需求。 装在一起，这种冗件通常称为整流桥或者整流全桥(简称全桥)。常见整流二极管的外形如图2所示。 选用整流二极管时，主要应考虑其大整流电流、大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。 普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择大整流电流和大反向工作电流符合要求的整流二极管(例如l N系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。 开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、 ++++++++++++++++++++++++++++第一章 二极管及其应用 教学重点 1．了解二极管的伏安特性和主要参数。 2．了解硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等各种二极管的外形特征、功能和应用。 3．能用万用表检测二极管。 4．掌握单相半波、桥式全波整流电路的组成、性能特点和电路估算。 5．了解电容滤波电路的工作原理和估算。 教学难点 1．PN结的单向导电特性。 2．整流电路和滤波电路的工作原理。 学时分配 1.1 二极管 1.1.1 半导体的奇妙特性 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅、锗等，其导电能力受多种因素影响。 热敏特性——温度升高，导电能力明显增强。 光敏特性——光照越强，导电性能越好。 掺杂特性——掺入杂质后会改善导电性。 1.1.2 二极管结构与电路图形符号 通过实物认识各类二极管 动画：PN 结的形成 1.1.3 二极管的单向导电特性 做一做：二极管的单向导电特性 1．二极管的单向导电特性 （1）加正向电压二极管导通 （2）加反向电压二极管截止 2．二极管特性曲线 二极管两端的电压、电流变化的关系曲线，即二极管的伏安特性曲线。 演示实验：利用晶体管特性图示仪测出二极管伏安特性曲线 正极＋ VD 正极＋ 负极 － （1）正向特性 正向电压较小，这个区域常称为正向特性的“死区”。一般硅二极管的“死区”电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V。 正向电压超过“死区”电压后，电流随电压按指数规律增长。此时，两端电压降基本保持不变，硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。 （2）反向特性 二极管加反向电压，此时流过二极管的反向电流称为漏电流。 当加到二极管两端的反向电压超过某一规定数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿现象，该反向电压称为反向击穿电压，用U（BR）表示。 实际应用时，普通二极管应避免工作在击穿范围，否则会因电流过大而损坏管子失去单向导电性。 1.1.4二极管的使用常识 1．二极管的型号 国产二极管的型号命名规定由五部分组成（部分二极管无第五部分），国外产品依各国标准而确定。 2．二极管的主要参数 （1）最大整流电流I FM （2）反向饱和电流I R （3）最高反向工作电压U RM （4）最高工作频率f M 例：利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可以构成限幅（削波）电路来限制输出电压的幅度。图（a）所示为一单向限幅电路。 第1章半导体二极管及其基本电路 自测题 判断下列说法是否正确，用“√”和“”表示判断结果填入空内 1. 半导体中的空穴是带正电的离子。（） 2. 温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。（√） 3. 因为P型半导体的多子是空穴，所以它带正电。（） 4. 在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（√） 5. PN结的单向导电性只有在外加电压时才能体现出来。（√） 选择填空 1. N型半导体中多数载流子是 A ；P型半导体中多数载流子是B。 < A．自由电子B．空穴 2. N型半导体C；P型半导体C。 A．带正电B．带负电C．呈电中性 3. 在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于B，而少子的浓度则受 A 的影响很大。 A．温度B．掺杂浓度C．掺杂工艺D．晶体缺陷 4. PN结中扩散电流方向是A；漂移电流方向是B。 A．从P区到N区B．从N区到P区 5. 当PN结未加外部电压时，扩散电流C飘移电流。 A．大于B．小于C．等于 6. 当PN结外加正向电压时，扩散电流A漂移电流，耗尽层E；当PN 结外加反向电压时，扩散电流B漂移电流，耗尽层D。 … A．大于B．小于C．等于 D．变宽E．变窄F．不变 7. 二极管的正向电阻B，反向电阻A。 A．大B．小 8. 当温度升高时，二极管的正向电压B，反向电流A。 A．增大B．减小C．基本不变 9. 稳压管的稳压区是其工作在C状态。 A．正向导通B．反向截止C．反向击穿有A、B、C三个二极管，测得它们的反向电流分别是2A、0.5A、5A；在外加相同的正向电压时，电流分别为10mA、30mA、15mA。比较而言，哪个管子的性能最好【解】：二极管在外加相同的正向电压下电流越大，其正向电阻越小；反向电流越小，其单向导电性越好。所以B管的性能最好。 ~ 题习题1 试求图所示各电路的输出电压值U O，设二极管的性能理想。 第4章半导体二极管及其应用 电子电路区别于以前所学电路的主要特点是电路中引入各种电子器件。电子器件的类型很多，目前使用得最广泛的是半导体器件——二极管、稳压管、晶体管、绝缘栅场效应管等。由于本课程的任务不是研究这些器件内部的物理过程，而是讨论它们的应用，因此，在简单介绍这些器件的外部特性的基础上，讨论它们的应用电路。 4.1 PN结和半导体二极管 4.1.1 PN结的单向导电性 我们在物理课中已经知道，在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。这是由于形成了有传导电流能力的载流子。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。 在一块半导体基片上通过适当的半导体工艺技术可以形成Ｐ型半导体和Ｎ型半导体的交接面，称为PN结。PN结具有单向导电性：当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN 结变窄,由多子形成的电流可以由Ｐ区向Ｎ区流通，见图4-1 (a),而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,由少子形成的电流极小，视为截止(不导通)，见图4-1 (b)。 4.1.２半导体二极管 半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。二极管的种类很多，按材料来分，最常用的有硅管和锗管 项目一二极管及其应用 任务一二极管的特性与分类 课时：2课时 教学目标： （1）认识不同种类二极管的种类、符号及结构 （2）理解二极管的伏安曲线和单向导电性 （3）掌握二极管的特征参数 （4）能检测二极管的好坏 教学重点： 掌握二极管的特征参数 教学难点： 二极管好、坏检测 教学方法：讲授法 教学过程： 活动一认识二极管 一、认识二极管 用于电视机、收音机、电源装置等电子产品中的各种不同外形的二极管如下图所示。二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负电极。 活动二二极管的特性及参数 一、晶体二极管的结构 二极管的结构如下图所示，在P型与N型半导体的交界面会形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结。从P区引出的电极作为正极，从N区引出的电极作为负极。 二极管基本结构二极管图形符号 二、二极管的分类 二极管是电子电路中常用的电子元器件之一，它主要起开关、限幅、箝位、检波、整流及稳压的作用。 1 .按材料分：有硅二极管、锗二极管（锗管正向压降比硅管小）和砷化镓二极管。 2. 按用途分：可分为普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括检波二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管；特殊二极管包括变容二极管、光电二极管、发光二极管等。 常用二极管的种类 三、晶体二极管的伏安特性曲线 二极管的电流i D 与加在二极管两端的电压v D 的关系曲线，称为二极管伏安特性曲线。 （1）正向特性 ?死区 当二极管外加正向电压较小时，正向电流几乎为零。 ?正向导通区 当二极管正向电压大于死区电压V th 时，电流 随电压增加，二极管处于导通状态。 ?导通电压 硅二极管约为0.7V ，锗二极管约为0.3V 。 （2）反向特性 ?反向截止区 当二极管承受的反向电压未达到击穿电压V （BR ）时，二极管呈现很大电阻。 ?反向击穿区 当二极管承受的反向电压已达到击穿电压V （BR ）时，反向电流急剧增加，该现象称为 二极管反向击穿。 四、二极管的单向导电性 实验：二极管的单向导电特性， 按下图连接电路。 按图（a ）连接电路，此时小灯泡亮，表示二极管加正向电压而导通。 按图（b ）连接电路，此时小灯泡不亮，表示二极管加反向电压而截止。 通过观察以上实验证实，二极管具有单向导电性。 五、二极管的主要参数 最大整流电流I FM ：是管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流。 最高反向工作电压V RM ：又称额定工作电压，它是保证二极管不至于反向击穿而规定的最高反向电压。 反向饱和电流I R ：它指管子未进入击穿区的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。 最高工作频率f M ：是保证管子正常工作的最高频率。 六、特殊二极管 1） 稳压二极管 稳压二极管简称稳压管， 是一种用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，它即具有普通二极管的单向导电性，又可以稳定地工作于击穿区而不损坏。在反向电压较低时，稳压二极管截止，当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增加，稳压管进入击穿区，此时反向电流在很大范围变化稳压管两端电压固定在某一数值基本保持不变 半导体二极管及其基本应用电路 1.1 PN结的基本知识 1.1.1 N型半导体和P型半导体 在物理学中已知，常用的四价元素硅和锗等纯净半导体（称本征半导体）中的载流子，为自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷），是在常温下激发出来的，（称为热激发或本征激发），其数量很少，故导电能力微弱，介于导体和绝缘体之间。在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，因此两种载流子的浓度是相等的。本征半导体中的载流子浓度除了与半导体材料的性质有关外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高基本上按指数规律增加。所以，本征载流子浓度对温度十分敏感。 在本征半导体桂或锗中渗入微量五价元素，如磷或砷，（称为杂质）等，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，（简称多子），空穴成为少数载流子（简称少子）。这种以电子为导电为主的半导体成为N型半导体。由于离子不能移动，故不能参与导电，整体半导体仍然呈电中性。 在本征半导体硅或锗中渗入微量三价元素杂质，如硼或铟等，则空穴浓度大大增加，空穴成为多子，而电子成为少子。这种以空穴为主的半导体成为P型半导体。 N型半导体和P型半导体统称为杂质半导体，掺杂后半 导体的导电能力将显著增加，有理论计算可知，在本征半导体中掺入百分之一的杂质，可使载流子浓度增加近一万倍。 在杂质半导体中，多子的浓度主要取决于杂质的含量；少子的浓度主要与本征激发有关，如前所述，他对温度的变化非常敏感，因此，温度是影响半导体器件性能的一个重要因素。 1.1.2 PN结的形成 若在一种类型杂质半导体的基片上，用特定的掺杂工艺加入另一种类型杂质元素，这样在所形成的P型半导体和N 型半导体的交界两侧，P区的空穴（多子）和N区的电子（多子）浓度远大于另一区的同类少子浓度，因而多子通过交界处扩散各自向对方运动，这种由于浓度差而引起的载流子运动成为扩散运动。 载流子扩散运动的结果是使电子和空穴复合载流子消失，在交界面N区一侧失去电子而留下正离子，P区一侧失去空穴而留下负离子。这些不能移动的带点离子形成的区域称为空间电荷区，并建立起一个内电场，其方向由N区指向P区。 根据内电场的方向及电子、空穴的带点极性可以看出，内电场将阻碍多子扩散。但是内电场又推动P区的少子（电子）向N区、N区的少子，（空穴）向P区运动。这种在电场作用下的载流子运动称为漂移运动，这种运动使空间电荷区 习题一、半导体二极管及其应用 1．本征半导体中的自由电子浓度______空穴浓度 a大于 b 小于 c 等于 答案：C 2.在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于______ a温度 b 材料 c掺杂工艺 d掺杂浓度 答案：B 3.在掺杂半导体中，少子的浓度受______的影响很大 a 温度 b掺杂工艺 c 掺杂浓度 答案：C 4.在掺杂半导体中，多子的浓度越高，少子的浓度越______ a 高 b 低 c不变 答案：B 5.N 型半导体______ a 带正电 b 带负电 c 呈中性 答案：C 6.温度升高 N 型半导体的电阻率将______ a 增大 b 减小 c 不变 答案：C 7. 当 PN 结正向偏置时，耗尽层将______ a 不变 b 变宽小于 c 变窄 答案：C 8.当环境温度升高时，二极管的正向电压将 a 升高 b 降低 c 不变 答案：b ●9.当环境温度升高时，二极管的死区电压将______ a 升高 b 降低 c 不变 答案：b 10.当环境温度升高时，二极管的反向饱和电流将______ a 增大 b 减小 c 不变 答案：a 11.二极管的正向电压降一般具有______温度系数 a 正 b 负 c 零 答案：b 12.确保二极管安全工作的两个主要参数分别是______和______ a UD,IF b IF,IS c IF,UR 答案：c 13.理想二极管的主要性能指标为 ______ a UD=0,IR=0, b UD =0.3V ，IR=0 c UD =0.5V ，IR =IS 答案：a 13.稳压管通常工作于______，来稳定直流输出电压 a 截止区 b 正向导通区 c 反向击穿区 答案：c 半导体二极管及其应用习题解答 自测题 ( 一) 判断下列说法是否正确，用“√”和“?”表示判断结果填入空内 1.半导体中的空穴是带正电的离子。（） 2.温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。（） 3.因为 P 型半导体的多子是空穴，所以它带正电。（） 4.在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（） 5.PN 结的单向导电性只有在外加电压时才能体现出来。（）选择 填空 1.N 型半导体中多数载流子是；P 型半导体中多数载流子是。 A ．自由电子B．空穴 2.N 型半导体；P 型半导体。 A ．带正电B．带负电C．呈电中性 3.在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于，而少子的浓度则受的影响很大。 A ．温度B．掺杂浓度C．掺杂工艺D．晶体缺陷 4.PN 结中扩散电流方向是；漂移电流方向是。 A ．从 P 区到 N 区B．从 N区到 P 区 5.当 PN结未加外部电压时，扩散电流飘移电流。 A ．大于B．小于C．等于 6.当 PN结外加正向电压时，扩散电流漂移电流，耗尽层；当 PN结外加反向电压时，扩 散电流漂移电流，耗尽层。 A ．大于B．小于C．等于 D ．变宽E．变窄F．不变 7.二极管的正向电阻，反向电阻。 A ．大B．小 8.当温度升高时，二极管的正向电压，反向电流。 A ．增大B．减小C．基本不变 9.稳压管的稳压区是其工作在状态。 A ．正向导通B．反向截止C．反向击穿 有 A、B、C 三个二极管，测得它们的反向电流分别是2?A、 0.5?A、 5?A；在外加相同的正向电压时，电流分别为 10mA、 30mA、15mA。比较而言，哪个管子的性能最好？ 试求图所示各电路的输出电压值U O，设二极管的性能理想。 VD + 3k ΩVD ++ 5V U O VD3kΩ U O U 3kΩO 5V7V5V1V （ a）（b）（c） 1.引脚折弯 当引脚需要折弯时，为避免过大的外力沿着引脚进入本体，必须使用工具夹持在本体和引脚的弯曲点之间。引脚弯曲不当会损坏芯片，导致电特性的劣化或可靠性问题，如对耐湿性差等。有一些引脚折弯的规则如下： 1.1.引线应在弯曲点和塑料本体之间牢固夹紧。建议折弯点与本体的距离(X)如下： X = 2 mm for DO-41, DO-15, Case. X = 3 mm for DO-201AD Case. X = 4 mm for R-6 Case. 1.2.不要夹住塑料本体，成形工具不应损坏导脚或塑料本体。 1.3.引脚只能被折弯一次，并且折弯时的角度不应高于90度。 1.4.引脚必须在固定到PCB或散热片之前完成折弯的形状。 图一、引线弯脚 Word 资料 2.安装到散热片 散热片的安装，散热片表面应无外来材料，金属屑，并有足够的平整度可使平贴于二极管封装的背面。不要从背面锁(散热片)而要从本体IC的正面锁散热片（有印字的一面）。要注意的是，当组件安装到散热片的时候，过大的扭力可能导致材料的机械性故障或可靠性问题。 （例如：电气劣化......）。还要注意，扭力不足也会导致散热传递不佳。 建议的安装孔，螺丝和对应于我们的封装安装扭力如下表。 Mounting hole ( ? = Screw Torque( lb-in / Kg-cm ) Package mm ) TO-220 3.8 ITO-220 3.2 M3 4.5 / 5.1 TO-247 / S 3.8 导热化合物(脂)有利于器件与散热片之间界面的热传导。建议的导热化合物是亲水性的油脂材料。使用时导热化合物应均匀涂抹非常薄的一层在整个接触区域。在我司的规格书里，所定义的接触热阻系数Rthj-C，是在所建议的安装扭力与有导热材料的参考系数。 Word 资料二极管种类及应用
二极管及其应用电路--笔记整理
半导体二极管及其应用
半导体二极管及其应用习题解答
第1章__半导体二极管及其应用习题解答xx汇总
二极管种类及应用
二极管的基本特性与应用
第一章 二极管及其应用
二极管的应用
二极管种类及应用完整版
二极管及其应用(DOC)
第1章__半导体二极管及其应用习题解答
二极管及其应用
二极管及其应用教案
半导体二极管及其基本应用电路
1半导体二极管及其应用
半导体二极管及其应用练习习题解答.docx
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